CN1194244C

CN1194244C - 投影仪

Info

Publication number: CN1194244C
Application number: CNB021401152A
Authority: CN
Inventors: 中条朱希; 饭田诚; 蔵本浩树; 小川雅和; 长谷部辰己; 小寺喜卫; 西村贞之
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2001-05-21
Filing date: 2002-05-21
Publication date: 2005-03-23
Anticipated expiration: 2022-05-21
Also published as: US6665123B2; KR20020089177A; TW522281B; US20020171938A1; KR100481106B1; CN1388395A

Abstract

本发明提高了彩色合成的精度并且抑制了投影图像上的垂直条的产生，并且包括至少下述三个方面。一个使用二相棱镜用于彩色合成的投影仪，利用：(1)采用将具有两个平行于两个粘接表面的突出块或者凹槽的三角棱镜在基本上垂直于光束的表面上完全浇铸而形成的二相棱镜(即，光束无法通过该表面)；(2)使用在三角棱镜的粘接表面上的标记定位的二相棱镜；或者(3)通过其上形成有凹槽或者突出块的三角棱镜的啮合而形成的二相棱镜。

Description

投影仪

技术领域

本发明涉及一种投影仪，其中被液晶光阀调制的每种颜色的光束被二相棱镜合成，并通过投影镜头被放大和投影到屏幕上。

背景技术

在传统的投影仪中使用的彩色合成装置包括二相棱镜。

通常，在二相棱镜中，四个直角三角棱镜以X的形状彼此粘接在一起，这些棱镜的直角边彼此相连，这样在粘接的表面上就形成了对特定的颜色具有选择性反射特性的诸如传导膜或者类似的反射膜(而且，假定这样的反射膜形成在其下，除非其它的被提及)。

当前，玻璃是这样的直角三角棱镜的主要原料；但是，近年来，通过浇铸或者塑压形成的棱镜开始被广泛使用，如日本专利申请公开No.2001-66694中所描述的。

一种用于生产这样的二相棱镜的方法将参照附图3进行描述。

首先，第一三角棱镜19和第二三角棱镜20利用平面19a和20a(位于棱镜的直角边的每一边)作为参考平面被粘接到同一平面上。

接下来，第三三角棱镜21与第四三角棱镜22被同样的粘接在一起。

然后，第一三角棱镜和第二三角棱镜与第三三角棱镜和第四三角棱镜被粘接在一起。在这种情况下，由于没有参考面，对准顶点部分的位置而精确的将棱镜粘接在一起是很困难的。

结果是，如果在粘接表面上形成了一个位置偏差δ(例如如图3所示)，这样获得的通过二相棱镜合成的每种颜色的图像在屏幕上就无法校准，从而图像质量就会下降。

用于精确的粘接每一棱镜的顶点部分从而消除这种图像质量的下降的方法在日本专利申请公开No.8-184793中有所描述。在这种方法中，如图4所示，一对棱镜23和24(四个棱镜23，24，25，26中)被首先粘接在一起，其中形成了一个间隙(在两个棱镜之间)。接下来，剩下的棱镜25和26也被同样的粘接在一起其间形成了一个间隙(在两个棱镜之间)。最后，每一对棱镜利用这些间隙表面23a和25a作为定位表面被粘接在一起。

如果直角三角棱镜是由玻璃制成的，生产过程中包括一个剖光的过程。相应的，垂直于光束经过表面的表面在垂直方向上很容易形成。结果是，即使在传统技术的情况下，二相棱镜也能够以高度的精确性形成。

但是，在上述提到的通过浇铸或者塑压形成的直角三角棱镜的情况下，会形成一个与浇铸有关的2到5度的倾角。

如果通过日本专利申请公开No.8-184793所描述的方法，使用具有这样的倾角的直角三角棱镜形成一个二相棱镜，具有间隙的表面能够被校准，但是垂直于这些表面的方向无法被校准。

相应的，由于被粘接在一起的四个棱镜的直角边的边线无法被精确的粘接，对于每一个像素来说，每一种颜色的光束无法被高精确的合成，因此无法再现期望的颜色。而且，这些边缘线本身被投影并且在图像中显示出垂直的条。

发明内容

本发明的一个目的是提高彩色合成的精确度，以及抑制投影的图像中的垂直条。

为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种投影仪，包括：一个光源；彩色分离装置，用于将该光源发出的光束分成每一种颜色的光束；光阀，用于调制已分离的每一种颜色的光束；一个二相棱镜，用于合成已通过上述的光阀调制的已调制的每一种颜色的光束；一个投影镜头，用于将已合成的调制光束放大和投影到屏幕上；其中上述的二相棱镜是一个通过将四个横截面是直角三角的三角棱镜粘接在一起而形成的X棱镜；并且，所述的三角棱镜采用其中突出块或者凹槽被完全浇铸于基本上垂直于光束的表面上的三角棱镜，所述突出块或者凹槽具有的两个表面形成了平行于两个粘结表面的平面，所述基本上垂直于光束的表面是光束无法通过的表面。

其中所述的三角棱镜中的两个被粘接在一起从而使得平行于所述的粘接表面的平面基本上位于同一平面上。

本发明还提供了一种投影仪，包括：一个光源；彩色分离装置，用于将该光源发出的光束分成每一种颜色的光束；光阀，用于调制已分离的每一种颜色的光束；一个二相棱镜，用于合成已通过上述的光阀调制的已调制的每一种颜色的光束；一个投影镜头，用于将已合成的调制光束放大和投影到屏幕上；其中所述的二相棱镜是一个通过将四个横截面基本上是直角三角棱镜的三角棱镜粘接在一起而形成的棱镜，并且作为所述的三角棱镜，使用在粘接表面上形成了用于定位的标记的三角棱镜。

其中所述的标记形成于粘接表面的两面。

其中所述的标记是由突出块或者凹槽形成的。

本发明还提供了一种投影仪，包括：一个光源；彩色分离装置，用于将该光源发出的光束分成每一种颜色的光束；光阀，用于调制已分离的每一种颜色的光束；一个二相棱镜，用于合成已通过上述的光阀调制的已调制的每一种颜色的光束；一个投影镜头，用于将已合成的调制光束放大和投影到屏幕上；其中上述的二相棱镜是一个通过将四个横截面基本上是直角三角棱镜的三角棱镜粘接在一起而形成的棱镜；并且这些棱镜通过粘接表面上的突出块或者凹槽彼此相啮合。

其中突出块形成于其中一个粘接表面上，凹槽形成于另外的粘接表面上。

其中第一突出块以及第一凹槽形成于其中第一粘接表面上，并且第二凹槽和第二突出块形成于另外的粘接表面上，在允许利用所述的第一粘接表面上的第一突出块和第一凹槽进行啮合的位置上。

附图说明

附图1是本发明的第一实施例中的二相棱镜的透视图；

附图2是本发明的第二实施例的二相棱镜的透视图；

附图3是表明棱镜单元的位置偏移的例子的放大图；

附图4是用于表示在传统的棱镜单元中使用的粘接方法的图；

附图5是本发明的第三实施例中的二相棱镜的透视图；

附图6是本发明的第四实施例中的二相棱镜的透视图；

附图7是本发明的第四实施例中的突出块和凹槽的详细的示图；

附图8是表明本发明中的位置偏移量和亮度比之间的关系的图；

附图9是传统的投影仪的光学系统的平面图；

附图10是传统的彩色合成棱镜的结构图；

附图11是表明第一实施例的变形的三角棱镜的透视图；

附图12是表明第二实施例的变形的三角棱镜的透视图；

附图13是表明第一实施例的二相棱镜的生产条件的图；以及

附图14是表明第二实施例的二相棱镜的生产条件的图。

具体实施方式

使用本发明的投影仪的基本结构将参照附图9进行描述。

来自于光源灯单元48的白光束49被第一镜头阵列50，构成第一发射镜的冷光镜51，以及第二镜头阵列52转换成一个统一的白光束，并且该光束被蓝绿反射二相镜53分成一个红光束54以及一个蓝-绿光束55。

上述的红光束54被第一反射放大镜56反射；该光束经过第一聚焦镜头57并被投射在第一液晶光阀58上。上述的蓝-绿光束55被绿反射二相棱镜59分成一个绿光束60和一个蓝光束61。绿光束60经过第二聚焦棱镜60并被投射在第二液晶光阀63上。

上述的蓝光束61通过第一中继镜头64，第二反射-放大镜65，第二中继镜头66，第三反射-放大镜67以及第三聚焦镜头68被投射在第三液晶光阀69上。

从上述的第一液晶光阀58发出的含有图像信息的红光束被投射在具有图10所示结构的二相棱镜70上。该光束从表面701a进入，在粘接表面701c和704d上被以90度角被发射，然后从表面704b发出。从上述的第二液晶光阀63发出的含有图像信息的蓝光束从表面703a进入到上述的二相棱镜70；该光束在粘接表面703c和704c上被以90度角被反射，然后从表面704b发出。从上述的第三液晶光阀69发出的含有图像信息的绿光束从表面702a进入二相棱镜70；该光束经过粘接表面701c，703c，704c，704d，然后从表面704b发出。

包含有图像信息的发出的光71被彩色合成并通过投影镜头单元72被投影被在屏幕73上聚焦成一个图像。

下面将描述在基本结构中使用的有关二相棱镜70的实施例。

(实施例1)

如图1所示的二相棱镜9被用作图10所示的二相棱镜70。

二相棱镜9由四个塑料制成的三角棱镜以立方柱的形式形成，并具有一个菱形的横截面，每个三角棱镜都具有一个三角棱柱的形状并且具有相等的折射率，即，第一三角棱镜1，第二三角棱镜2，第三三角棱镜3和第四三角棱镜4，它们通过粘合剂被粘接在一起，从而使得构成近似直角的(90度±5度)的边线彼此接触。而且，由于传导膜形成在每一个粘接表面，因此能够获得期望的光学特性，在三角棱镜之间具有一个大约5μm或者更小的间隙；但是这里，二相棱镜被当做是一个立方柱体。

在第一三角棱镜中，如图1所示，分别具有平行于粘接表面1a的平面5a和6a以及平行于粘接表面1b的平面5b和6b的突出块5和6形成于具有等腰直角三角形形状的两个平面上，它们没有被用于粘接并且没有光线通过它们。这种形状是通过浇铸或者塑压(原料)而形成的。

在第三三角棱镜中，如图1所示，分别具有平行于粘接表面3a的平面7a和8a以及平行于粘接表面3b的平面7b和8b的突出块7和8形成于具有等腰直角三角形形状的两个平面上，它们没有被用于粘接并且没有光线通过它们。这种形状是通过浇铸或者塑压(原料)而形成的。

接下来，将描述用于制造二相棱镜9的方法，该二相棱镜是通过使用这些突出块将四个三角棱镜粘接在一起而形成的。

首先，第一三角棱镜1和第二三角棱镜2被粘接在一起，从而粘接表面1b和2b在同一平面上。接下来，第三棱镜3和第四棱镜4被同样的粘接在一起。在这种情况下，粘接是通过使用突出块形成该平面的一部分的平面而执行的。然后，二相棱镜通过进一步将这些(对)已粘接的棱镜粘接起来而形成。

附图13是表明粘接过程的透视图。

首先，在粘接棱镜200上的一个突出块的一个平面(平面7b)被定位夹子500支撑。在图中仅示出了该夹子500的一部分；但是，粘接棱镜200的相对一侧的突出块物的一个平面(平面8b)也被夹住并被同样的夹子所支撑。由该夹子所支撑的棱镜被覆盖了一层粘接剂100，并且该粘接剂被扩散到整个表面。

位于另外的两个粘接镜头300上的突出块也同样的被夹子400的箝位平面(平面5b和6b)所支撑。当通过夹子400和500固定这些棱镜的方向的时候，通过粘接棱镜200和棱镜300的平面实现了暂时加固。

接下来，暂时加固的棱镜200和夹子400被放入到外部框架装配定位导引当中，如图14所示。这样其上形成有突出块的三角棱镜就位于底部。然后，棱镜被通过定位吸取夹盘被进一步的精确定位；这样，执行了主要的粘接步骤。

即使这样的突出块是由浇铸形成的，突出块的面积是很小的，因此突出块对定位导引的影响是很小的；相应的，高精确的定位是可能的。

而且，即使在突出块使用的是任意的形状，例如圆柱的或类似的形状的情况下，并且突出块没有被放在平行于表面的方向上，只要形成了一个装配夹子，从而使得夹子与突出块的形状相应，粘接就能够精确的进行。但是，从较容易的生产装配夹子的立场来说，期望突出块以具有平行于粘接表面的形状形成。

而且，如果三角棱镜以图11所示的具有一个倾角θ的形状形成，该倾角是当三角棱镜被浇铸的时候形成的，当棱镜被从棱镜-模子中被分离的时候，三角棱镜会有一个模子释放锥角，因此三角棱镜能够容易的从模子中被移动出来。

而且，如果光束投射其上的二相棱镜的至少一个表面被形成为诸如凹面，凸面或者类似的镜头形状的话，二相棱镜的彩色放大失真就能被校正。

(实施例2)

附图2示出了构成本发明的第二实施例的二相棱镜18的透视图。该二相棱镜18是由四个具有三角棱柱形状并具有相等的折射率的四个三角棱镜，即，第一三角棱镜10，第二三角棱镜11，第三三角棱镜12，以及第四三角棱镜13，被粘和在一起，从而以立方柱的形式形成的，并具有一个正方形的横截面。而且，由于传导膜形成在每一个粘接表面，因此能够获得期望的光学特性。在本实施例的第一棱镜10中，分别具有平行于粘接表面10a的平面14a和15a以及平行于粘接表面10b的平面14b和15b的凹槽形成于具有等腰直角三角形形状的两个平面上，它们没有被用于粘接。接下来，将描述通过将上述的三角棱镜粘接起来从而用于有益于二相棱镜18的气熔化形成的方法。

首先，第一三角棱镜10和第二三角棱镜11被粘接在一起，从而粘接表面10b和11b在同一平面上。接下来，第三三角棱镜12和第四三角棱镜13被同样的粘接在一起。接下来，这些分离的三角棱镜对被以X形式被粘接在一起。在通过将三角棱镜粘接在一起从而获得的二相棱镜18中，除了定位平面14a和16a以外，在平行于定位平面14a和16a的平面上，在其底端形成了定位平面15a和17a。而且，除了定位平面14b和16b垂直于粘接平面以外，平行于这些定位平面14b和16b的定位平面15b和17b也形成于底端。相应的，通过在这些表面上加入夹子可以精确的将四个棱镜粘接起来。

而且，在本实施例中的通过上述的方法粘接在一起的二相棱镜能够通过使用上述在棱镜中形成的的凹槽14，15，16和17被精确的定位，从而将二相棱镜附加在光学单元的特定位置上。

这里，仅使用凹槽14和15进行定位是可能的，并且在这种情况下粘接能够精确的进行；但是，更多的定位参考符会带来更精确的定位，因此更多的凹槽将会更好。

而且，即使在凹槽使用的是任意的形状，例如圆柱的或类似的形状的情况下，并且凹槽没有被放在平行于表面的方向上，只要形成了一个装配夹子，从而使得夹子与凹槽的形状相应，粘接就能够精确的进行。但是，从较容易的生产装配夹子的立场来说，期望凹槽以具有平行于粘接表面的形状形成。

而且，如果三角棱镜以图12所示的具有一个倾角θ的形状形成，该倾角是当棱镜被浇铸的时候形成的，当棱镜被从棱镜-模子中被分离的时候，棱镜会有一个模子释放锥角，因此棱镜能够容易的从模子中被移动出来。

(实施例3)

附图5示出了构成本发明的第三实施例的二相棱镜27的透视图。该二相棱镜27是由四个具有三角棱柱形状并具有相等的折射率的四个三角棱镜，即，第一三角棱镜28，第二三角棱镜29，第三三角棱镜30，以及第四三角棱镜31，被粘接在一起，从而以立方柱的形式形成的，并具有一个正方形的横截面。而且，由于传导膜形成在每一个粘接表面，因此能够获得期望的光学特性。在本实施例中，突出块33预先形成在第一三角棱镜28上。接下来，将描述用于通过将这些棱镜粘接在一起从而生产二相棱镜的方法。

首先，第一三角棱镜28和第二三角棱镜29被粘接在一起。接下来，第三棱镜30和第四棱镜31被粘接在一起，从而形成了间隙32a和32b。接下来，这些分离的三角棱镜对被以X形式被粘接在一起。在通过将三角棱镜粘接在一起从而获得的二相棱镜27中，定位平面32a和33a与传统的棱镜中形成的相似。此外，垂直于这些定位平面的定位平面32b和33b也被形成。相应的，四个棱镜通过在这些平面上放置一个夹子而被精确的粘接在一起。

而且，在本实施例中的通过上述的方法粘接在一起的二相棱镜能够通过使用上述在(其中一个)棱镜中形成的突出块被精确的定位，从而将二相棱镜附加在光学单元的特定位置上。

这里，上述的预先形成在三角棱镜上的突出块，上述的预先形成在三角棱镜上的凹槽以及上述的当两个三角棱镜被粘接在一起从而形成的间隙都可以被用作定位参考。

这里，仅使用突出块33进行定位是可能的，并且在这种情况下粘接能够精确的进行；但是，更多的定位参考符会带来更精确的定位，因此更多的凹槽将会更好。

而且，即使在突出块或者凹槽使用的是任意的形状，例如圆柱的或类似的形状的情况下，并且它们没有被放在平行于表面的方向上，只要形成了一个装配夹子，从而使得夹子与凹槽的形状相应，粘接就能够精确的进行。但是，从较容易的生产装配夹子的立场来说，期望凹槽以具有平行于粘接表面的形状形成。

而且，如果三角棱镜以图11或图12所示的具有一个倾角θ的形状形成，该倾角是当棱镜被浇铸的时候形成的，当棱镜被从棱镜-模子中被分离的时候，棱镜会有一个模子释放锥角，因此棱镜能够容易的从模子中被移动出来。

(实施例4)

附图6示出了构成本发明的第四实施例的二相棱镜34的透视图。该二相棱镜34是由四个具有三角棱柱形状并具有相等的折射率的四个三角棱镜，即，第一三角棱镜35，第二三角棱镜36，第三三角棱镜37，以及第四三角棱镜38，被粘接在一起，从而以立方柱的形式形成的，并具有一个正方形的横截面。而且，由于传导膜形成在每一个粘接表面，因此能够获得期望的光学特性。在本实施例中，每一突出块40a和40b以及每一凹槽41a和41b都形成在用于第一棱镜35的粘接的等腰直角三角形的两个平面上，在这样的区域中不用作三种颜色的光束的分离与合成。接下来，描述通过将上述的三角棱镜粘接起来从而生产二相棱镜34的方法。

首先，第一三角棱镜35的突出块40a和凹槽41a以及第二三角棱镜36的凹槽43b和突出块42b被校准。接下来，第三三角棱镜37以及第四三角棱镜38利用用于定位的突出块44b，突出块46a，凹槽45b以及凹槽47b同样被粘接起来。以后，这些分离的三角棱镜对通过用于定位的突出块40b，突出块42a，突出块44a，突出块46b，凹槽41b，凹槽43a，凹槽45a以及凹槽47b被粘接在一起。这里，在第一三角棱镜35与第二三角棱镜36的粘接中突出块与凹槽的形状采用如图7所示的例子那样。突出块40a和42b的厚度h1以及凹槽41a和43b的厚度h2被设在粘合剂的厚度的范围内。而且，通过将第一三角棱镜35的突出块40a与凹槽41a之间的距离m1与第二三角棱镜36的凹槽43b与突出块42b之间的距离m2之间的差设为2μm或更小，将第一三角棱镜35的凹槽41a与中心线之间的距离m3与第二棱镜的36的突出块42b与中心线之间的距离m4之间的差设为22μm或更小，将当突出块40a与凹槽43b啮合而形成的间隙设为1μm或更小，可以执行精确的定位。而且，第一三角棱镜35与第二三角棱镜36具有同样的形状；相应的，在准备使用的在三角棱镜组合中使用的同样的模子的情况下，每一个突出块与凹槽之间的距离m1与m2以及每一个突出块或者凹槽与中心线之间的距离m3和m4是一样的，这样，能够实现较为精确的定位。

而且，即使在突出块或者凹槽具有诸如正方形或者类似的任意形状的情况下，也能够实现精确的定位；但是，由于在这种情况下由模具释放方向引起的限制在增大，采用圆柱形的形状会更好。

这里，如果光束投射其上的二相棱镜的至少一个表面被形成为诸如凹面，凸面或者类似的镜头形状的话，二相棱镜的彩色放大失真就能被校正。

本发明使得三角棱镜的顶点的边缘线的符合一致成为可能；相应的，能够实现精确的彩色合成，并且在投影图像中的垂直条也能够被抑制。

Claims

1.一种投影仪，包括：

一个光源；

彩色分离装置，用于将该光源发出的光束分成每一种颜色的光束；

光阀，用于调制已分离的每一种颜色的光束；

一个二相棱镜，用于合成已通过上述的光阀调制的已调制的每一种颜色的光束；

一个投影镜头，用于将已合成的调制光束放大和投影到屏幕上；

其中上述的二相棱镜是一个通过将四个横截面是直角三角的三角棱镜粘接在一起而形成的X棱镜；

并且，所述的三角棱镜采用其中突出块或者凹槽被完全浇铸于基本上垂直于光束的表面上的三角棱镜，所述突出块或者凹槽具有的两个表面形成了平行于两个粘结表面的平面，所述基本上垂直于光束的表面是光束无法通过的表面。

2.如权利要求1所述的投影仪，其中所述的三角棱镜中的两个被粘接在一起从而使得平行于所述的粘接表面的平面基本上位于同一平面上。

3.一种投影仪，包括：

一个光源；

光阀，用于调制已分离的每一种颜色的光束；

其中所述的二相棱镜是一个通过将四个横截面基本上是直角三角棱镜的三角棱镜粘接在一起而形成的棱镜，

并且作为所述的三角棱镜，使用在粘接表面上形成了用于定位的标记的三角棱镜。

4.如权利要求3所述的投影仪，其中所述的标记形成于粘接表面的两面。

5.如权利要求3或者4所述的投影仪，其中所述的标记是由突出块或者凹槽形成的。

6.如权利要求5所述的投影仪，其中突出块形成于其中一个粘接表面上，凹槽形成于另外的粘接表面上。

7.如权利要求5所述的投影仪，其中第一突出块以及第一凹槽形成于其中第一粘接表面上，并且第二凹槽和第二突出块形成于另外的粘接表面上，在允许利用所述的第一粘接表面上的第一突出块和第一凹槽进行啮合的位置上。

8.一种投影仪，包括：

一个光源；

光阀，用于调制已分离的每一种颜色的光束；

其中上述的二相棱镜是一个通过将四个横截面基本上是直角三角棱镜的三角棱镜粘接在一起而形成的棱镜；

并且这些棱镜通过粘接表面上的突出块或者凹槽彼此相啮合。

9.如权利要求8所述的投影仪，其中突出块形成于其中一个粘接表面上，凹槽形成于另外的粘接表面上。

10.如权利要求8所述的投影仪，其中第一突出块以及第一凹槽形成于其中第一粘接表面上，并且第二凹槽和第二突出块形成于另外的粘接表面上，在允许利用所述的第一粘接表面上的第一突出块和第一凹槽进行啮合的位置上。